随着土壤和水体的重金属污染日益严重,植物修复技术因其成本低、对环境扰动少、应用范围广且有利于生态环境的改善等优点而得到大力推广。杨树因其生长量大,耐性较强,在世界范围内已经作为最主要的速生树种应用于土壤重金属的植物修复领域。本文以欧美杨无性系107(Populus×euramiricanaNeva)为实验材料,通过温室土培和水培,模拟研究土培下对杨树表型生长和理化水平的影响和水培下杨树体内N代谢相关基因对氮镉相互作用的动态响应。　　 土培实验中Cd设置三个处理梯度,分别为0 mg·kg-1、2 mg·kg-1、4mg·kg-1;N设置三个浓度梯度,分别为0 mg·kg-1、20 mg·kg-1、40 mg·kg-1。杨树扦插苗在不同浓度的Cd和N处理条件下培养40天后,其植株的生长量,叶绿素含量,MDA含量,脯氨酸含量和抗氧化酶活性等指标的变化表明:　　 (1)随着Cd处理浓度的增加,杨树的树高生长量和地径生长量受到了显著抑制;体内叶绿素合成途径受阻;MDA含量显著增加;膜脂过氧化反应越剧烈。与此同时,杨树体内的抗氧化酶防御系统也被激发,随着Cd毒害的程度增加,杨树通过提高SOD、POD、CAT和APX等抗氧化酶的活性来清除体内过度积累的活性氧,以防止植株受到氧化损伤。此外,杨树还通过增加体内游离脯氨酸含量来来调节细胞内的渗透压,增强植物的抗逆性以抵御Cd毒害。　　 (2)施加N素能够明显促进杨树的生长;增加叶片内叶绿素含量;提高杨树体内抗氧化酶活性;降低杨树体内MDA含量,说明N素能够有效缓解Cd对杨树的毒害作用。此外,两种不同的N处理水平之间的差异十分显著,说明高浓度N比低浓度N对杨树缓解Cd毒害的作用效果更加明显。　　 水培实验中Cd设置两个处理梯度,分别为0uM和50uM,N设置两个浓度梯度分别为1倍和3倍标准Hoagland营养液N浓度。杨树扦插苗在不同浓度的Cd和N交互处理条件下于处理开始后的第1h、6h、12h、1d、2d、5d、10d取样,提取杨树叶片中的RNA反转录成cDNA后再用荧光定量PCR检测三种N代谢途径相关基因的表达。四种不同处理的杨树体内GSHⅠ基因,GSHⅡ基因和PCs基因在240h内的表达量的变化表明:　　 (1)仅施加N处理条件下,杨树体内三种N代谢相关基因的表达量与对照相比差异不显著。说明在无Cd胁迫下,施加外源N素对杨树体内GSH和PC合成过程并无显著影响。　　 (2)施加Cd处理和Cd+N处理对杨树体内三种N代谢相关基因的表达量有显著影响。特别是在12h内相关N代谢基因的表达显著上调,说明Cd胁迫能够在短时间内刺激杨树启动自身的防御机制,使体内GSH和PC合成途径中的GSHⅠ,GSHⅡ和PCs这三种相关基因的表达上调,从而合成大量的GSH和PC络合体内过多的镉离子,以达到缓解镉毒害的目的。　　 (3)与仅施加Cd或N相比,Cd+N的处理能显著提高这三种基因在杨树体内的表达水平。说明Cd和N这两种因素发挥了相互促进的叠加效应,Cd胁迫刺激这三种基因的表达上调,N的施加使得合成GSH所需要的L-谷氨酸和L-半胱氨酸在杨树体内得到充分供应,GSHⅠ酶催化它们合成大量的γ-谷氨酰半胱氨酸以供给GSHⅡ酶催化生成GSH来清除植株体内过多的ROS或提供给PCs酶催化生成植物螯合肽来螯合杨树体内积累过多的Cd,以此达到缓解植物所受到的Cd毒害的目的。　　 本研究是对增强植物应对重金属污染的抗性机制研究的丰富和补充,预期研究成果不仅有望为氮素在缓解重金属毒害中的作用和机制的研究提供进一步的理论依据,而且能为土壤和水体重金属污染的植物修复技术提供新的思路和方法。